基于红外成像技术的城乡局部环境监测与分析研究

结合红外探测成像技术在复杂环境监测中的独特优势,研制了基于连续变焦中波红外成像技术的城乡局部环境监测系统,对城乡局部地区燃煤情况开展实时监测,并完成数据处理分析,为研究城乡地区燃煤趋势和特点、实施监控管理提供有力技术和数据支撑。经过在某市城乡结合地区开展的实地监测试验验证,证明该系统运行稳定、成像清晰,可实现对燃煤地区全局和重点位置的全天候在线监测,数据处理准确有效,该系统具有良好的工程应用价值。

基于双模型自适应估计的大气数据传感器故障诊断方法

大气湍流是大气中一种不规则的随机运动,在机载大气数据传感器的测量过程中,大气湍流影响与传感器故障相互耦合,导致大气数据传感器故障诊断算法无法将故障与湍流影响解耦。针对大气湍流影响下的大气数据传感器故障诊断问题,基于惯性测量单元和导航姿态解算,考虑湍流对大气系统的影响,建立新型大气系统模型及量测模型。在对双模型自适应估计算法进行扩展后,引入湍流对系统影响的协方差自适应更新方法,实现存在未知扰动情况下故障状态的无偏估计。仿真结果表明,该算法可以有效实现对固定偏差故障、漂移偏差故障和振荡故障的诊断。

机载捷联惯导系统振动性能提升研究

针对振动条件下,惯性测量组件产生耦合角振动,进而引起圆锥误差导致惯性导航精度降低的问题,提出了一种考虑减振器刚度不一致性与各向异性情况下,惯性测量组件振动耦合角运动的分析方法。从力学分析出发,推导了惯导系统空间六自由度矩阵振动微分方程;建立了惯导系统振动方程的数值解计算模型。其次,基于工程实际,使用数值仿真软件分析减振器批次刚度一致性和刚度各向异性的影响;并通过有限元仿真分析对比验证了减振器刚度波动导致的偏心距引起耦合角速度计算结果。最后分析了减振系统不同谐振频率对角振动幅值的影响机理。

KR87型ADF自动定向机电源控制电路设计与实现

KR87型ADF(Automatic Direction Finder,自动定向机)作为通用航空选装的主要导航设备之一,广泛应用于塞斯纳172、西锐SR20等各类机型,主要用于确定飞机和地面台的相对方位角[1]。对KR87型ADF自动定向机所需输入、输出电压进行分析,设计制作适用于改型接收机的电源盒。

近地轨道高精度一体式星敏感器热设计及仿真验证

某型高精度一体式星敏感器指向精度高,对温度变化非常敏感。其所处近地轨道外热流复杂多变,一体式结构和内热源集中的综合因素不仅导致散热设计困难,而且镜头直接受到内热源发热影响难以保障指向精度。首先,结合轨道参数,安装布局获得星敏感器平均吸收外热流。然后,通过分析外热流与内热源工作情况,采用被动热控和主动热控相结合的热设计方法,并对星敏感器散热面的位置与大小进行设计与计算。最后,根据轨道环境和热控措施并利用热仿真软件进行热分析验证。仿真结果表明,安装法兰温度为19.82℃~20.10℃,镜头轴向温差小于2.23℃,周向温差小于0.48℃,电路盒温度为19.10℃~23.49℃,满足热控指标。通过合理的热控设计保证了极高精度星敏感器的稳定工作条件,星敏感器的热设计合理有效。

应用于智能结构的光纤传感新技术研究

介绍了研制成功的几种适合于埋入复合材料结构内的光纤应变传感器 ,并将所研制的新型光纤传感器在载荷自诊断智能结构、复合材料梁振动试件上进行了试验 。

基于灰色理论的新陈代谢自适应多参数预测方法

针对少数据、小样本序列的预测问题,在分析常规灰色GM(1,1)预测模型缺点的基础上提出了优化的算法模型,将优化后的预测方法推广为多参数预测.首先,建立了利用最新量测量进行初始化的预测模型,然后通过新陈代谢的方法利用新信息代替旧信息实现等维的模型预测,同时引入衰减记忆最小二乘法对新旧信息进行加权处理,背景值以归一化的平均相对误差作为精度检验标准,采用粒子群算法自适应寻优.最后,通过对某型惯性测量单元(IMU)的标定参数稳定性进行预测,预测结果平均相对误差降低了6%~58%,表明预测方法可以应用于IMU标定参数的长期稳定性预测.

轻量化惯导系统振动响应分析与减振器优化

惯导系统轻量化设计产生的结构柔性对其振动响应会产生不可忽略的影响。针对某型轻量化惯导结构,采用基于频响函数的子结构综合方法,建立了惯导系统的动力学模型,并应用此模型分析了IMU柔性对惯导系统的影响,并提出了一种减振系统参数优化设计方法。通过减振器优化,惯导系统的角位移明显减小,有效抑制了振动耦合。最后通过振动实验验证了优化方法的准确性,同时发现惯导系统经减振器参数优化后提高了振动过程中惯导系统航向和姿态测量精度。

基于调频高斯小波变换的导航传感器故障诊断

为提高多传感器组合导航系统对各导航传感器的在线故障检测能力 ,在分析调频高斯小波特性的基础上 ,提出了一种基于调频高斯小波变换的导航传感器故障诊断算法 .该算法仅利用传感器的观测量来直接诊断传感器工作是否正常 .它可以对方差突变等软故障进行有效的在线检测 .

微惯性测量单元的误差整机标定和补偿

提出了微惯性测量单元(MIMU)在高动态、高过载复杂应用条件下的误差整机标定和补偿方法。首先,建立了高动态,高过载复杂应用条件下MIMU的误差模型,该模型包括了结构误差,传感器安装误差和MEMS惯性传感器在复杂条件对精度影响较大的误差项,指零位温度漂移、互耦误差、刻度因子非线性和微陀螺加速度效应误差;根据模型提出了整机标定补偿方法,该方法可以标定MIMU的63个误差系数,并且不需要对单个传感器进行标定。然后,介绍了利用最小二乘法对模型进行误差系数标定的方法和步骤,并对自研的MIMU进行了标定。最后,通过飞行实验对MIMU进行了验证。结果表明,使用该方法使定位精度提高了一个数量级,基本满足MIMU在高动态、高过载条件下的精度要求。

基于椭球拟合的微惯性测量组合现场快速标定方法

在静态随意放置条件下,微惯性测量组合中三个轴向正交配置的惯性器件所敏感矢量和为固定矢量。依据上述客观事实,提出了一种微惯性测量组合现场快速标定方法。在建立并优化微惯性测量组合标定模型基础上,通过基于椭球约束的最小二乘法拟合得到全部待标定参数,从而实现微惯性测量组合现场高精度标定,最后合理编排了微惯性测量组合现场快速标定方案。试验结果表明,该方法具有操作方便、省时、精度高,不依赖精密仪器提供方向基准和水平基准等特点,特别适用于短时间高精度微惯性测量系统,可显著提高其的实际使用精度。

基于单片机的GPS/MEMS陀螺仪航向角实时测量系统

针对陀螺仪测量误差随时间累积,GPS在动态环境中可靠性差等问题,提出并设计了一种基于单片机的GPS/MEMS陀螺仪航向角实时测量系统。该系统以C8051F021单片机为核心处理器,GPS与MEMS陀螺仪相组合,将GPS接收机中IPPS脉冲信号作为同步标签,实现GPS对陀螺仪航向角解算的实时修正,从而获得高精度和高可靠性的航向角信息。试验结果表明该系统可以正确、可靠地完成对运动载体航向角信息的实时测量,航向角实际应用误差控制在±1°以内,具有较高的实际应用价值和广阔的研究前景。

微小型航姿测量系统设计及误差补偿

航姿测量系统在通用航空、无人机、智能机器人等领域有着广泛的应用。设计了一种基于MEMS(micro electronic mechanical system)陀螺、加速度计、磁场计的微小型航姿测量系统,利用磁场强度和加速度计信息作为观测量,提出了基于Kalman滤波器及专家系统的航姿估计算法,该算法可根据加速度及磁场信息调整滤波器的量测噪声矩阵,使系统同时满足静态及动态的使用要求。分析了影响航姿精度的主要误差及相应的误差补偿方法,包括器件零偏、刻度系数误差、温度漂移及磁场干扰等。将系统输出与高精度惯导系统对比,该系统在静态下的姿态测量精度优于0.2°,动态条件下优于0.6°,满足设计要求。

微型半球陀螺仪的误差源研究

讨论了微型半球陀螺仪特有的一些误差源,主要有感测电路上的量测误差、电极与薄壳间电容的非线性效应误差、温度变化所引发的热漂移、线加速度所引发的误差以及非对称结构和非对称阻尼误差等。对上述误差源的认识是微结构制造和电路设计的基础。

机动加速度辅助的航姿系统扩展卡尔曼滤波

低精度航姿系统一般采用基于重力场和地磁场矢量观测的6态扩展卡尔曼滤波,载体长时间机动时,模型存在较大误差,无法保持稳定的姿态精度。将载体机动加速度描述为当前统计模型,提出了一种机动加速度辅助的9态扩展卡尔曼滤波,其状态变量包括三个姿态角误差、三轴陀螺零偏误差和三轴载体加速度误差,观测量为三轴加速度误差和三轴地磁场误差。实验表明,将航姿系统固定在转台上产生0.6 g的向心加速度时,9态扩展卡尔曼滤波在对机动加速度进行稳定估计的同时,姿态精度保持在1度以内。

MEMS器件捷联惯导系统旋转调制技术

使用微机电(MEMS)惯性器件利于捷联惯导系统的低成本和小型化,但MEMS器件误差较大.为提高系统精度,引入了一种全自主误差补偿方法——旋转调制.说明了旋转调制对常值误差的抑制作用和对导航精度的改善效果,并在旋转轴数目、旋转方向、旋转连续性和旋转速度等方面比较了不同旋转调制方案.根据MEMS器件的误差特性,选择了一种适合MEMS器件捷联惯导系统的旋转调制方案并自主研发了原理样机.静态和车载实验表明:旋转调制可以明显抑制MEMS器件常值误差对导航精度的影响,200 s内俯仰和横滚姿态精度提高了5倍,速度和位置精度提高了近10倍.

基于多传感器的四旋翼飞行器硬件电路设计

四旋翼飞行器以其优良的飞行安全性日益受到学术界的关注。为了实现对四旋翼飞行器的控制平台和硬件电路的设计,在对已有样机结构特点与飞行原理分析的基础上,采用多传感器技术对四旋翼飞行器的硬件电路进行了设计。针对陀螺仪的温漂现象,提出了以积分数据补偿和陀螺仪中点修正为核心的"互补算法"。通过仿真实验证明:该设计方法的有效性,解决了温漂问题,为新型无人四旋翼飞行器的研发提供了参考。

“气体摆”式惯性器件的机理研究

本文用能量分析的方法论述了气体摆式惯性器件的敏感机理，并与固体摆式惯性器件的原理作了类比分析。ＡＢＳＴＲＡＣＴ＿＿Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ＿＿ＴｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｇａｓｆｌＯｗｉｎｅｒｔｉａｌｓｅｎｓｏｒ’ｓｓｅｎｓｉｔｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｉｔｗｉｔｈｓＯｌｉｄｍａｓｓｓｅｎｓｏｒ＇ｓ。

MEMS陀螺随机漂移在线补偿技术

为了提高微机电系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)陀螺测量的精度,提出了一种陀螺随机漂移的在线补偿方法.在静态时在线建立随机漂移的自回归滑动平均(ARMA,Auto Regressive Moving Average)模型,并针对随机漂移模型随时间慢变的特性,引入虚拟噪声补偿技术加以补偿.针对载体运动状况的未知性,建立机动角速率模型.在此基础上采用自适应卡尔曼滤波技术对随机漂移和角速率进行实时估计.通过试验表明:随机漂移模型、角速率模型以及滤波算法能够满足姿态测量系统的动态应用需要,且姿态测量精度较补偿前有了显著的提高.

基于椭球拟合的弹载MIMU现场快速标定技术

为解决微惯性测量单元(micro inertial measurement unit,MIMU)中惯性器件的零位输出和灵敏度随时间推移而变化的问题,提出了一种基于椭球拟合的现场快速标定方法。通过建立椭球约束模型、设计现场标定方案、求解二次曲面方程得到了MIMU中加速度计零位、灵敏度等待标定参数;对比实验验证了该标定方法的准确性和有效性,试验结果表明该标定方法可在没有精密标定设备的环境下(如靶场)进行现场标定,其标定精度与转台标定结果精度相当,具有一定的工程应用价值。